11 июня 1954 г. между разработчиком и ВВС США был подписан контракт на постройку 33 экземпляров истребителя- бомбардировщика F-100B, из которых первые три предназначались для летных испытаний. Уверенность «Норт Америкен» в победе была такова, что 8 июля самолет получил новое обозначение F-107А без обычной в таких случаях первой литеры «Y», обозначающей предсерийный самолет. Продвигая свой проект, разработчик попытался предложить авиации флота его палубный вариант под названием «Супер Фьюри», однако безуспешно.
Рабочее проектирование F-107А официально стартовало 1 мая 1955 г. 10 сентября 1956 г. летчик-испытатель Боб Бейкер (Bob Baker) впервые поднял F-107A (зав. № 55-5118) в небо с ВПП авиабазы Эдвардс. В том полете в пикировании была достигнута скорость 1,03М, но затем произошла авария насоса-регулятора двигателя, и пришлось совершить вынужденную посадку. Из-за повышенной посадочной скорости (более 360 км/ч), вызванной отказом гидросистемы и невыходом закрылков, а также неработающих тормозов колес – пробег составил 6700 м и окончился на грунтовой полосе безопасности, где была повреждена передняя стойка шасси. Самолет быстро восстановили, и уже 1 октября на нем была достигнута скорость, соответствовавшая 2М.
Всего на первой стадии испытаний было выполнено 30 полетов. На второй стадии с 3 декабря 1956 по 15 февраля 1957 гг. был задействован и второй прототип (зав. № 55-5119), на котором выполнили 32 полета. Затем этот самолет использовали для отработки применения оружия. По оценке летчиков, пилотирование F-107А в сравнении с F-100 было приятнее. Для выполнения третьей стадии испытаний построили третий и, как оказалось, последний F-107A (зав. № 55- SI 20). На нем испытывали работу воздухозаборника на разных режимах полета. Тем временем на первом прототипе провели серию тестов на скороподъемность, в ходе которых самолет превысил скорость звука в ходе набора высоты.
«Норт Америкен» оказалась не единственным разработчиком, боровшимся за победу. Фирма «Рипаблик», также имевшая огромный опыт создания истребителей, еще в 1952 г. вышла с инициативным предложением и подписала контракт с ТАС на проектирование и постройку 199 машин (вскоре это число урезали до 37 экз.), создаваемых на замену истребителей-бомбардировщиков F-84F Thunderstreak. Новый самолет должен был доставлять тактические ядерные боеприпасы и обычные авиабомбы на сверхзвуковой скорости, при любых погодных условиях.
В октябре 1953 г. был построен полноразмерный макет истребителя, получившего наименование YF-105 и, в духе традиций фирмы, собственное имя Thunderchief. В окончательном виде задание было сформулировано в декабре 1953 г. вместе с контрактом на поставку еще меньшего количества предсерийных самолетов – 15 штук. Планировалось построить два экземпляра YF-105A для предварительных летных испытаний, три прототипа разведчика RF-105B (позже переименованы в JF-105B), а остальные 10 – в варианте F-105В для войсковых испытаний. Поскольку требуемый двигатель P amp;W J75 был еще не готов, YF-105A построили в предварительной конфигурации со «старым» мотором P amp;W J57. Внедрить новую силовую установку предполагалось только с третьей опытной машины.
Первый полет YF-105A состоялся 22 октября 1955 г. – почти на год раньше конкурента. Естественно, что он практически по всем статьям проигрывал F-107A, за исключением разве что наличия внутреннего бомбоотсека и новейшей сверхскорострельной пушки М-61 «Вулкан», что позволяло обойтись одним орудием вместо четырех. F-105В был уже более-менее равноценен своему конкуренту, а по-настоящему полноценным тактическим ударным самолетом стал F-105D. Но этот вариант «Тандерчифа» появился лишь в 1959 г., через два года после окончания конкурса.
Летом 1957 г. руководство ВВС США вынесло свой окончательный вердикт. Победу одержал «Тандерчиф», растиражированный затем в 923 экземплярах. До сих пор не утихают споры о том, почему же так произошло. В случае с F-107А отмечают проблемы начального периода испытаний. Но кто их не имел? Вспоминают и аварийную репутацию «Супер Сейбра», однако и «Тандерчиф» поначалу был далеко не подарок. Наиболее вероятно, что Пентагон сделал политический выбор. На тот период у фирмы «Рипаблик» не было иных программ в разработке, тогда как «Норт Америкен» была полностью загружена. В тоже время здесь начались первые проработки по сверхзвуковому стратегическому бомбардировщику ХВ-70, сверхзвуковому палубному носителю ядерного оружия А-5 Vigilante, а также ряду других программ. Таким образом, военные просто хотели сохранить «Рипаблик», и F-105 стал для нее «спасательным кругом».